DD214717A1

DD214717A1 - Einrichtung zur elektronenstrahlbearbeitung

Info

Publication number: DD214717A1
Application number: DD24938883A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Panzer; Thomas Von Ardenne; Horst Liebergeld
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Elektronenstrahlbearbeitung, insbesondere zum Schweissen. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Leistungsfaehigkeit fuer die Prozessfuehrung bei Massenteilen. Die Aufgabe besteht darin, die ununterbrochene Prozessfuehrung des Elektronenstrahles zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess ist an die Elektronenkanone eine Strahlfuehrungskammer mit Ablenksystemen angeordnet. An diese schliessen sich ueber Vakuumventile, de den Durchtritt des Elektonenstrahles gestatten, unabhaengig voneinander evakuierbare Prozesskammern an, in denen die Werkstuecke angeordnet sind. Wechselweise werden die Prozesskammern bestueckt und evakuiert und der elektronenstrahltechnologische Prozess durchgefuehrt.

Description

Einrichtung zur Elektronenstrahlbearbeitung ' Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung elektronenstrahltechnologischer Prozesse an gleichartigen Massenteilen, insbesondere für das Elektronenstrahlschweißen und die thermische Oberflächenmodifikation metallischer Bauteile.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

3e nach'Werkstückgeometrie und technologischer Aufgabe werden die zu behandelnden Werkstücke einzeln oder chargenweise in einem evakuierbaren Rezipienten aufgenommen oder durch einen solchen geschleust und in diesem dem elektronenstrahltechnologischen Prozeß ausgesetzt. Mit abnehmender Zeitdauer des elektronenstrahltechnologischen Prozesses gewinnen Nebenzeiten bedingt durch Werkstücktransfer, Rezipientenbelüftung und -Evakuierung zunehmende Bedeutung und können insbesondere bei Massenteilen die Leistungsfähigkeit elektronenst.rahltechnologischer Einrichtungen begrenzen.

Zur Reduzierung technologischer Nebenzeiten, insbesondere der Evakuierungsdauer, werden sogenannte Nullrezipienten eingesetzt, die das Werkstück weitgehend formschlüssig umgeben und damit durch Reduzierung des zu. evakuierenden-Volumens die Evakuierungs- und 3elüftungsdauer minimieren. Die Beschickungszeiten des Rezipienten bleiben dabei jedoch erhalten.

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Zur Elimination dieser Nebenzeiten sind deshalb elektronenstrahltechnologische Einrichtungen entwickelt .worden.., die mit zwei Elektronenstrahlerzeugungseinrichtungen und zwei Prozeßkammern ausgestattet sind, um eine nahezu ununterbrochene Prozeßführung zu ermöglichen. Während in der einen Teilanlage die Belüftung, der Werkstückwechsel und die erneute Evakuierung erfolgen, wird in der anderen Teilanlage der elektronenstrahltechnologische Prozeß durchgeführt und umgekehrt.

Der Vorteil der erhöhten Leistung derartiger Anlagen wird mit dem Nachteil einer wesentlichen Erhöhung des anlagentechnischen Aufwandes erkauft.

Ziel der Erfindung _s

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Erhöhung der Lei- ' stungsfähigkeit elektronenstrahltechnologischer Einrichtungen für die Prozeßführung an gleichartigen Massenteilen ohne wesentliche Erhöhung des anlagentechnischen Aufwandes zu erreichen,

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronenst rahltechnologische Einrichtung für gleichartige Massenteile zu schaffen, die eine praktisch ununterbrochene Nutzung des Elektronenstrahls zur Prozeßdurch.f ührung ermöglicht..

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Elektronenkanone und einer Evakuierungseinrichtung mit zugehörigen Steuerventilen dadurch gelöst, daß an die Strahlaustrittsöffnung der Elektronenkanone eine evakuierbare Strahlführungskammer angeordnet ist, in der sich ein Strahlablenksystem befindet. An diese Strahlführungskammer schließen sich über Vakuuniventile unabhängig voneinander evakuierba.re Prozeßkammern -zur Werkstückaufnahme an, Diese Vakuumventile sind so ausgebildet und im Ablenkfeld der Strahlablenkeinheit angeordnet, daß dar Elektronenstrahl bei geöffneten Vakuumventilen in jede der

Prozeßkammern geführt werden und die Bearbeitungsaufgabe ausführen kann. Die vakuumtechnische Steuerung ist so ausgebildet, daß in den einzelnen Prozeßkammern eine wechselweise Prozeßführung derart möglich ist, daß während der Bearbeitung in einer Prozeßkammer die andere beschickt und evakuiert wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Prozeßkammern über entsprechend gesteuerte Ventile an eine gemeinsame Evakuierungseinrichtung angeschlossen sind, weil sich dadurch der vakuumtechnische Aufwand reduziert.

Weiterhin ist es vorteilhaft, zur Verhinderung des sedampfens des Ablenksystems die Strahlablenkeinrichtung mit einem leicht wechselbaren hutförmigen Blechkörper auszukleiden, der eine öffnung für den Strahldurchtritt besitzt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, zur Erzielung einer Mehrfachablenkung des Elektronenstrahles zur besseren Anpassung an die technologische Aufgabe, in der Strahlführungskammer mehrere Strahlführungseinheiten in Strahlausbreitungsrichtung hintereinanderlieaend anzuordnen.

Es ist auch vorteilhaft, an den Vakuumventilen zwischen der Strahlführungskammer und der Prozeßkammer einen Bedampfungsschutz und Strahlauf fangbleche anzuordnen,

Ausführungs be ispie1

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig, 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung im Schnitt,

Fig. 2: eine weitere zweckmäßige Ausführungsvariante von Strahlführungskammer und Rezipienten für senkrechte Strahleinwirkung auf das Werkstück im Schnitt,

An der Elektronenkanone 1 ist.eine Strahlführungskammer 2 angeordnet, in welcher sich das Strahlablenksystem 3 befindet,

An der Strahlführungskammer 2 sind über Vakuumventil 4;4' Prozeßkammern 5;5' angeordnet, die mit je einem Werkstück 6 unabhängig voneinander beschickbar sind» Das magnetische Strahlablenksystem 3 richtet durch das -jeweils gecf fnete- Vakuumventil 4;4' den Elektronenstrahl 7 auf das Werkstück 6. Zur Evakuierung von Strahlführungskammer 2 und der Prozeßkammern 5;5' dienen die Evakuierungseinrichtungen 8 und 9, die über die Ventile 1Q;1O*, 11;11* mit diesen verbunden sind. Die Belüftungsventile 12 ;12'- gestatten die Belüftung der Prozeßkammern 5;5'. Der in Fig. 1 dargestellte Zustand der Einrichtung entspricht der Durchführung des Strahlprozesses am Werkstück 6 in Prozeßkammer 5' , deren Vakuumventil 4' zur Strahlführungskammer 2 geöffnet ist und damit die Einwirkung des Elektronenstrahls 7 ermöglicht. Ober die Evakuierungseinrichtung 8 wird die Strahlführungskammer 2 und bei geöffnetem Ventil 10' die Prozeßkammer 5' auf Arbeitsvakuum gehalten. Das Ventil II¹ und das Belüftungsventil 12' sind geschlossen.

Die bereits erneut mit einem Werkstück 6 beschickte Prozeßkanuner 5 wird durch die Evakuierungseinrichtung 9 bei geöffnetem Ventil 11 und geschlossenem Ventil 12 und geschlossenem Vakuumventil 4 evakuiert. Bei geschlossener Evakuierung der Prozeßkammer 5 öffnen sich das Vakuumventil 4 und das Ventil 10. Mit Abschluß des Elektronenstrahlprozesses. in der Prozeßkammer 5' wird der Elektronenstrahl 7 durch das geöffnete Vakuumventil 4 auf dem Werkstück 5 in der Prozeßkammer 5 zur Einwirkung gebracht, während nach Schließen des Vakuumventils 4' und des Ventils 10' das Belüftungsventil 12' geöffnet und damit die Prozeßkammer 5' belüftet wird. Nach Werkstückwechsel· wird nunmehr in gleicher Weise die Prozeßkamme.r 5' evakuiert und für die Bearbeitung vorbereitet.

Das Evakuierungssystem 8 ist so ausgelegt, daß es die Aufrechterhaltung des Arbeitsvakuums in den Prozeßkammern 5;5' und der Strahlführungskammer 2 während dos Elektronenstrahlprozesses ermöglicht. Das Evakuierungssystem 9 sowie, in Fig. nicht dargestellte Einrichtungen für den Werkstücktransfer sind so ausgelegt, daß die Nebsnzeiten für Beschickung, Eva-

kuierung usw. der Prozeßkammern 5;5' stets kleiner sind, als die zur Durchführung des Strahlprozesses erforderliche zeit.

Die zur Durchführung des Elektronenstrahlprozesses erforderliche Strahlablenkung relativ zum Werkstück erfolgt zweckmäßig durch die Ablenkeinrichtungen der Elektronenkanone 1. Die Vakuumventile 4;4' sind deshalb in ihrer Durchlaßweite auf das erforderliche Strahlablenkfeld abgestimmt.,

Die Erfindung bietet bei Elektronenstrahlprozessen, die mit starker Dampfentwicklung verbunden sind, wie z.B. dem Elektronenstrahlschweißen von Aluminium, den zusätzlichen Vorteil, daß die Dampfemission durch die in der Strahlführungskammer erfolgende Knickung des Elektronenstrahls 7 nicht in die Strahlöffnung der Elektronenkanone 1 gerichtet ist. Durch einen hutförmigen, in die Strahlführungseinheit gesteckten, leicht wechselbaren nichtmagnetischen Blechkörper 13 mit einer dem Strahldurchtritt angepaßten öffnung kann der Metalldampfstrom gestoppt und der Niederschlag leicht entfernt werden.

Damit verbunden ist auch ein zusätzlicher Schutz der Elektronenstrahlquelle der Elektronenkanone 1 vor technologisch bedingten Hochspannungsüberschlägen, wie sie z.B. beim Schweißen von stark verunreinigtem oder porösem Aluminiumguß sonst leicht auftreten können. Durch geeignete konstruktive Gestaltung der Vakuumventile 4;4' oder durch zusätzliche Bedampfungsschutzbleche 14 bzw. Strahlauf fangbleche 15 werden die Ventilkörper bzw. Dichtflächen der Vakuumventile 4;4' vor Verschmutzung durch den Elektronenstrahlprozeß bzw, die unbeabsichtigte Einwirkung des Elektronenstrahls 7 geschützt.

Durch geeignete Wahl der Anordnung von magnetischen Ablenkeinheiten in der Strahlführungskammer 2 kann die Strahlführung in weiten Grenzen den erforderlichen technologischen Bedingungen und der Werkstücksgeometrie angepaßt werden.

Ein weiteres Seispiel hierzu zeigt die Fig, 2. (Die Elektronenkanone nicht mit gezeichnet)- , .

Das Wesentliche dieser Variante besteht darin, daß der Elektronenstrahl 7 durch das Strahlablenksystem 3 in der Strahlführungskammer 2 eine seitliche Ablenkung erfährt und ein'weiteres Strahlablenksystem 16 ihn wieder in die gleiche Richtung wie beim Eintritt in die Strahlführungskammer 2 ablenkt; d.h

der Elektronenstrahl 7 wird wechselweise je nach Bearbeitungsort parallel versetzt zur Einwirkung auf das in den Prozeßkammern 5;5' befindliche Werkstück 6 gebracht. Die übrigen zur Einrichtung gehörenden Baugruppen sind'in gleicherweise angeordnet, da auch die gesamte Bearbeitungsregie die gleiche ist.

Claims

Erflndungsanspruch

1. Einrichtung zur Elektronenstrahlbearbeitung, bestehend aus einer Elektronenkanone und einer Evakuierungseinrichtung mit Steuerventilen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektronenkanone (1) eine evakuierbare Strahlführungskammer (2) mit einem Strahlablenksystem (3) angeordnet ist und daß über Vakuumventile (4;4^f) im Ablenkungsbereich des Elektronenstrahls (7) unabhängig voneinander evakuierbare Prozeßkammern (5;5^f) mit IVerkstückauf nähme angeordnet sind,
2. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungskammer (2) und die Prozeßkammern (5;5^r) über gesteuerte Ventile mit einer einzigen' Evakuierungseinrichtung verbunden sind.
3. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der St'rahlf ührungskammer (2) vor dem Strahlablenksystem (3) ein hutförmiger, leicht vvechselbarer Blechkörper (13) mit einer öffnung angeordnet ist,
4. Einrichtung nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlführungskammer (2) mehrere Strahlführungssysteme in Strahlausbreitungsrichtung hintereinanderliegend angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vakuumventüen (4;4') ein Bedampfungsschutzblech (14) und Strahlauffangbleche (15) angeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen